DE883540C

DE883540C - Device for power transmission between reciprocating and rotating movements, especially slider crank mechanism

Info

Publication number: DE883540C
Application number: DEST530A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dipl-Ph Steigerwald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-01-25
Filing date: 1950-01-25
Publication date: 1953-07-20

Description

Einrichtung zur Kraftübertragung zwischen hin und. her gehenden und rotierenden Bewegungen, insbesondere Schubkurbelgetriebe Der große Vorteil der bekannten Schubkurbelgetriebe mit Kurbel, Pleuelstange und geradegeführtem Schieber oder Kolben (im folgenden mit Pleuelgetriebe bezeichnet) liegt in ihrer technischen Einfachheit. Ihre wesentlichsten Nachteile sind folgende: Komplizierte Verbindung Kurbelwelle-Pleuelstange und Pleuelstange-Schieber bzw. Kolben; komplizierte Formen der Kurbelwelle. Am Schieber treten auch senkrecht zur Bewegungsrichtung Kräfte auf. Nur bei bestimmten Kombinationen mehrerer Schieber entlang einer Kurbel-,velle ist ein völliger Massenausgleich möglich. Bei einer Kolbenmaschine läßt sich der Zylinder nur einseitig als abgedichteter Raum ausnützen.Device for power transmission between back and forth. going forward and rotating movements, especially slider crank gears The great advantage of the known Slider crank gear with crank, connecting rod and straight slide or piston (hereinafter referred to as connecting rod gear) lies in their technical simplicity. Its main disadvantages are as follows: Complicated connection between the crankshaft and the connecting rod and connecting rod valve or piston; complicated shapes of the crankshaft. At the slide forces also occur perpendicular to the direction of movement. Only with certain combinations multiple slides along a crankshaft, a complete mass balance is possible. In a piston engine, the cylinder can only be sealed on one side Make use of space.

Bekannte Getriebeformen, welche das Pleuel-Betriebe ersetzen sollen, vermeiden stets nur einen. Teil der oben angegebenen Nachteile, bringen aber ein in den meisten Fällen untragbares Maß an technischen Schwierigkeiten. Gegenstand des Patents sind Schubkurbelgetriebe, welche u. a. -die oben angeführten Nachteile vermeiden. Dabei ist die kinematische Grundiform des Pleuelgetriebes nur so weit erweitert, wie es zur Erfüllung der dadurch gestellten Anforderungen. gerade nötig ist.Well-known gear forms, which are to replace the connecting rod operations, always avoid only one. Part of the disadvantages mentioned above, but bring one in most cases an intolerable level of technical difficulty. object of the patent are slider crank drives, which inter alia. - the disadvantages listed above avoid. The basic kinematic shape of the connecting rod gear is only so far expanded as it was to meet the requirements. just needed is.

Das einfachste kinematische System, welches es gestattet, Schubbewegungen derart mit der rotierenden Bewegung einer Kurbel zu verbinden, daß zwischen Schubgeschwindigkeit und Kurbelgeschwindigkeit ein sinusförmiger Zusammenhang besteht, ist der sog. Ellipsograph.The simplest kinematic system that allows pushing movements in such a way to connect with the rotating movement of a crank that between thrust speed and crank speed there is a sinusoidal relationship, is the so-called ellipsograph.

Hat man, wie Abb. r zeigt, zwei auf der Geraden in-n im Abstand d fixierte Punkte P1 und P2 und, werden diese auf je einer der beiden Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems x, y geradegeführt, so sind die Bahnen sämtlicher Punkte von m-n Ellipsen. Dabei können. die Bahnen der Punkte P, und P2 als zu geraden Strecken entartete Ellipsen aufgefaßt werden. Der Mittelpunkt P3 der Strecke d durchläuft als Bahn den Spezialfall der Ellipse, einen Kreis um o mit dem Radius d/2. Für die Lage der Punkte P, und P2 ergibt sich: y,= sin a - dx2 = cos a - d.If one has, as Fig.r shows, two points P1 and P2 and fixed on the straight line in-n at a distance d , these are each straightened on one of the two axes of a right-angled coordinate system x, y, then the paths of all points are from mn Ellipses. Here you can. the trajectories of the points P, and P2 can be interpreted as ellipses which degenerate into straight lines. The center point P3 of the segment d runs through the special case of the ellipse as a path, a circle around o with the radius d / 2. For the position of the points P and P2 results: y, = sin a - dx2 = cos a - d.

Würde man versuchen, die in Abb. i gezeigte Grundfigur des Ellipsographen unmittelbar zu einem Schubkürbelgetriebe zu erweitern, so erhielte man ein technisch kaum realisierbares Gebilde. Der Weg zur Lösung dieses Problems zeigt sich in einer kinematisch völlig gleichwertigen: Figur, welche in Abb. a dargestellt ist. Es handelt sich um den Sonderfall, daß bei der Erzeugung von, Hypozykloiden durch Abrollen eines Kreises in einem Kreis das Verhältnis der Kreisradien von K1 und K2 gleich 1/z ist. Jedem Punkt auf dem Umfang von K1 ist als Bahn ein Durchmesser von K2 zu- geordnet. Zwei auf dem Umfang von K1 einander gegenüberliegende Punkte P1 und. P2 durchlaufen zwei zueinander senkrecht stehende Durchmesser von K2. Der Mittelpunkt P2 von K, durchläuft dabei einen Kreis mit dem Radius . d/2 um den Mittelpunkt von, K2. Damit ist wieder der Zusammenhang zwischen P1, P2 und P, hergestellt.If one were to try to extend the basic figure of the ellipsograph shown in Fig. I directly to a push-and-pull gear, one would get a structure that is technically hardly feasible. The way to solve this problem is shown in a kinematically completely equivalent figure, which is shown in Fig. A. It is a special case that when generating hypocycloids by rolling a circle in a circle, the ratio of the circle radii of K1 and K2 is equal to 1 / z. A diameter of K2 is assigned to each point on the circumference of K1 as a path. Two opposing points P1 and on the circumference of K1. P2 pass through two mutually perpendicular diameters of K2. The center point P2 of K runs through a circle with the radius. d / 2 around the center of, K2. This re-establishes the relationship between P1, P2 and P.

Wie ein auf dieser Grundlage gebautes Getriebe arbeitet, ist in den Abb. 3 a bis 3d an einem schematischen Beispiel gezeigt.How a transmission built on this basis works is in the Fig. 3 a to 3d shown in a schematic example.

Die Scheibe Si ist in S2 drehbar gelagert. S2 seinerseits dreht sich in dem Ring R; an welchem die Schubstange P angreift. Die Punkte Pi und. P2, welche fest auf der Scheibe S2 am Rande von si liegend gedacht sind, seien auf der x- bzw. y-Achse geradegieführt. Der Punkt A, welcher fest auf dem Rande von S1 liegend gedacht ist, sei im Nullpunkt des Koordinatensystems drehbar gelagert. Greift ein Drehmoment um Aals Drehpunkt an S1 an, so entsteht die in den Figuren Abb. 3 a bis 3 d gezeigte Bewegung.The disk Si is rotatably supported in S2. S2 in turn rotates in the ring R; on which the push rod P engages. The points pi and. P2, which are intended to lie firmly on the disk S2 at the edge of si, let the x- resp. y-axis straightened. The point A, which is thought to be firmly on the edge of S1 is, be rotatably mounted in the zero point of the coordinate system. A torque engages around A as the fulcrum at S1, the result shown in Figures 3 a to 3 d Move.

Bei der technischen Ausführung kommt es darauf an,, daß die Geradeführungen von P, und P2 sowie die in A zu lagernde Kurbelwelle sich nicht gegenseitig stören. Ein Beispiel deutet Abh.4a und 4b schematisch an. In der Achse eines zylindrischen Gehäuses i ist die :gerade Welle z gelagert. Sie trägt den Exzenter 3. Dieser ist drehbar in der Ausgleichsscheibe 4 gelagert. 4 besteht aus zwei mit den Drehachsen um den Abstand d gegeneinander verschobenen, fest aufeinanderliegenden Kreisscheiben 4x und 4?'. Die Kreisscheiben von 4 drehen sich jeweils in einem Ring 5 bzw. 6, welche in zueinander senkrecht stehenden Richtungen, in i geführt sind. Die Abb. 4c und 4d zeigen die gleichen Schnitte nach einer Drehung der Welle 2 - um 45°.In the technical execution it is important that the straight lines of P and P2 as well as the crankshaft to be supported in A do not interfere with each other. An example is shown schematically in Figures 4a and 4b. The straight shaft z is mounted in the axis of a cylindrical housing i. It carries the eccentric 3. This is rotatably mounted in the compensating disk 4. 4 consists of two circular disks 4x and 4? The circular disks in FIG. 4 each rotate in a ring 5 and 6, which are guided in directions i perpendicular to one another. Figs. 4c and 4d show the same sections after a rotation of the shaft 2 - by 45 °.

Das Beispiel der Abb. 4 ist schematisiert, um .den Bewegungsvorgang übersichtlich darzustellen. Der Vergleich mit dem Pleuelgetriebe ergibt folgende Beziehungen.: An die -Stelle der gekröpften Kurbelwelle ist die gerade Welle 2 mit dem Exzenter 3 getreten. Die Funktion der Pleuelstange hat die Ausgleichsscheibe 4 - übernommen, während die Ringe 5 und 6 bereits Schubteile sind. Beachtet man die gegenseitige Lagerung der einzelnen Getriebeteile, so stellt man fest, daß 4y mit einer Pleuelstange von der Länge des Kurbelarmes vergleichbar ist. Während die Länge des Kurbelarmes vom Mittelpunkt der Welle 2 bi>s zum Mittelpunkt des Exzenters 3 zu rechnen ist, entspricht die Länge der Pleuelstange der Strecke vom Mittelpunkt des Exzenters 3 bis zum Mittelpunkt der Scheibe 4y. Auf Grund dieser Längenbeziehung ergibt sich dann aus mechanischen Gründen die zweite Geradeführung über 4x in x-Richtung.The example in Fig. 4 is a schematic to show the movement process clearly presented. The comparison with the connecting rod gear shows the following Relationships .: In the place of the cranked crankshaft there is the straight shaft 2 with the eccentric 3 stepped. The function of the connecting rod is the shim 4 - taken over, while the rings 5 and 6 are already push parts. One observes the mutual support of the individual gear parts, it is found that 4y is comparable to a connecting rod the length of the crank arm. While the Length of the crank arm from the center of the shaft 2 to the center of the eccentric 3 is to be calculated, the length of the connecting rod corresponds to the distance from the center point of the eccentric 3 to the center of the disc 4y. Because of this length relationship For mechanical reasons, this then results in the second straight line over 4x in the x-direction.

Wegen seiner Anordnung und- seinen Eigenschaften kann man das in Abb. 4a, 4h, 4c, 4d gezeigte Getriebe mit Schubkurbelausgleichsgetriebe bezeichnen. Man kann es als eine spezielle Form des üblichen Pleuelgetriebes auffassen, und zwar als die einzige; welche die reine sinusförmige Beziehung zwischen Schuh- und Drehgeschwindigkeit ermöglicht. Dies wird bei der in Abb. 4 gezeigten Art im wesentlichen durch vergrößerten Raumbedarf des Getriebes sowie eine zweite Geradeführung erkauft. Die Frage ist, oh die erzielten Vorteile den. Aufwand rechtfertigen.Because of its arrangement and its properties, it can be seen in Fig. 4a, 4h, 4c, 4d designate the gear shown with sliding crank compensation gear. Man can understand it as a special form of the usual connecting rod gear, namely as the only one; which is the pure sinusoidal relationship between shoe speed and turning speed enables. In the case of the type shown in FIG. 4, this is essentially enlarged The space requirement of the gearbox and a second straight line were bought. The question is, oh the advantages achieved that. Justify effort.

Im Schema der Abb. 4 sind die Lager 5 und 6 für 4x und 4? so :groß gehalter, daß keine Kröpfung der Welle 2 nötig wird. Diese Maßnahme ist erforderlich, wenn. der technisch einfachste Getriebeaufbau erreicht werden soll. Der Durchmesser des Getriebegehäuses nimmt auf diese Weise um den Durchmesser des Kurbelkreises zu. Dies bedeutet noch keine Verdoppelung des Gehäusedurchmessers. Die Geraideführungen in x- bzw. y-Richtung werden natürlich meistens im Gehäuse selbst angeordnet und stellen ,den wesentlichen technischen Mehraufwand dar. Bei geeigneter Ausbildung lassen. sie sich technisch einfach und mit geringem Raumbedarf ausführen.In the scheme of Fig. 4, bearings 5 and 6 are for 4x and 4? so: big holder that no offset of the shaft 2 is necessary. This measure is necessary if. the technically simplest gearbox structure is to be achieved. The diameter of the gear housing increases in this way by the diameter of the crank circle to. This does not mean that the housing diameter has yet to be doubled. The Geraide guides in the x or y direction are of course mostly arranged in the housing itself and represent the essential additional technical effort. With suitable training permit. they are technically simple and take up little space.

Diesem Aufwand steht eine Reihe wichtiger Vorteile gegenüber.This effort is offset by a number of important advantages.

Zunächst ist die gekröpfte Kurbelwelle durch eine gerade Welle ersetzt. Alle Getriebeteile können als leicht montierhare Drehteile ausgeführt werden. Weiterhin ergibt sich, daß stets ein vollständiger Massenausgleich ausgeführt werden kann. Auch bei einem einzelnen Schubkurbelausgleichsgetriebe lassen sich freie Kräfte und Kippmomente völlig vermeiden. (In den schematischen Darstellungen wurde hierauf der Übersichtlichkeit halber nicht näher eingegangen.) Dies ist besonders für An: ordnungen mit einem Schieber oder Kolben von Bedeutung.First of all, the cranked crankshaft is replaced by a straight shaft. All gear parts can be designed as easy-to-assemble turned parts. Farther it follows that a complete mass balancing can always be carried out. Free forces can also be used with a single slider crank compensation gear and avoid overturning moments completely. (In the schematic representations, it was pointed out not detailed for the sake of clarity.) This is particularly important for An: regulations with a slide or piston are important.

Das Getriebe selbst ist in sich abgeschlossen und liefert eine reine Schubbewegung, so daß an dem an die Schubstange angeschlossenen Schieber keine Querkräfte auftreten. Hierdurch ergeben sich eine ganze Reihe von Vorteilen. Dabei kann: der Kolben bis auf die zur Dichtung nötige Länge verkürzt werden, was mit der Verringerung der Zylinderhöhe eine Gewichtsersparnis bringt.The transmission itself is self-contained and delivers a pure Push movement so that there are no transverse forces on the slide connected to the push rod appear. This results in a number of advantages. Thereby: the Piston can be shortened to the length necessary for the seal, what with the reduction the cylinder height brings a weight saving.

Da die Verbindung des Kolbens mit der Schuhstange starr ist, läßt sich eine völlige Trennung zwischen Getriebe- und Zylinderteil erreichen. Der Zylinder kann gegenüber dem Getriebe abgedichtet werden, was sich in vielfacher Hinsicht technisch verwerten läßt. So ist es bei geeigneter Bauweise z. B. möglich, den Zylinder doppelt auszunutzen. Grundsätzlich besteht auch die Voraussetzung; Kolben und Schubstange um die Zylinderachse rotieren zu lassen, was verschiedene technisch,.- Vorteile bringen kann.Since the connection of the piston to the shoe bar is rigid, can A complete separation between gear and cylinder part can be achieved. Of the cylinder can be sealed against the gearbox, which can be seen in many ways can be technically exploited. So it is with a suitable design z. B. possible the cylinder double use. In principle, there is also the prerequisite; Piston and push rod to rotate the cylinder axis, which has various technical, .- advantages can bring.

DieseAufzählung, welche sich noch ergänzen läßt, zeigt, daß die konstruktiven Möglichkeiten gegenüber dem üblichen Pleu"elgetrieb:e beträchtlich erweitert sind:. Nach Umfang und Gewicht dürften sich im Gesamten: die Werte einer vergleichbaren Anordnung mit Pleuelgetriebe nicht nur einhalten, sondern auch unterschreiten lassen.This list, which can be supplemented, shows that the constructive Possibilities compared to the usual connecting rod drive: are considerably expanded: In terms of size and weight, in total: the values of a comparable Not only comply with the arrangement with the connecting rod gear, but also allow it to be undercut.

Versuche, welche darauf hinzielen, Sclzublzurl:.lausgleichsgetriebe mit geringem Raumbedarf zu erzielen, zeigen die Ab:b, 5 a bis 5 c sowie Abb.. 6 a und 6b. Natürlich kann es hier eine große Zahl von Lösungen geben, welche auch die Grundform aus Abb. d. in stärkerem Maße beibehalten. Es sollen hier nur zwei besondere Gruppen von. Ausführungsformen angedeutet werden.Attempts, which aim at Sclzublzurl: Ab: b, 5 a to 5 c as well as Fig. 6 show how to achieve this with little space requirement a and 6b. Of course there can be a large number of solutions here, and some too the basic form from Fig. d. retained to a greater extent. There should only be two here special groups of. Embodiments are indicated.

Abb. 5 a bis 5 c zeigt die schematische Zeichnung eines Getriebes, welches auf eine durchgebende Achse verzichtet, dafür aber mit wesentlich geringerem Raumbedarf auskommt. Die schematische Zeichnung ist für mehrere fortlaufend um 9o' gegeneinander phasenverschobene Schubbewegungen ausgeführt. Die Schubstange 7 befindet sich bei Abb. 5 a und. 5 b, gerade im oberen Totpunkt. Sie läuft in. einen rechteckigen Führungsschieber aus, "welcher zwischen den Führungsschienen 8 und 9 gleitet. Im Führungsschieber ist der Zapfen io gelagert, welcher die beiden Scheiben i i und 12 fest miteinander verbindet. i i und. 12 entsprechen jeweils dem Kreis El der Abb. 2. Die Lage des Zapfens io entspricht dem Punkt P1 und weiterhin die Lage der Zapfen 13 und 14 dem Punkt P, in. Ab f. 2. Die Führungsschieber i 5 und 16 gleiten zwischen, den Führungsschienen 17, 18, i9, 20 und sorgen so für die Geradeführung in P#, (Abb.2). Die Scheiben ii und 12 sind, unterstützt durch die Zapfen 21 und 22, in den Scheiben 23 und 2,4 kippfest gelagert. Die Scheiben 23 und 24 sind ihrerseits kippfest im Gehäuse 25 gelagert, wie die Zeichnung andeutet. Zusammen mit der AGG. 2 und. der AGG. 5 c, welche den gleichen Schnitt wie Abb. 5 a nach einer Drehung um 45' zeigt, läßt sich das Arbeiten d-es Getriebes .erkennen. Die Führungsschienen 17, 1S, i9. 20 müssen in der Mitte unterbrochen sein, damit der Zapfen io frei durchlaufen kann. Aus diesem Grund ergibt sich für den Schieber 16 eine bestimmte günstigste Länge.Fig. 5 a to 5 c shows the schematic drawing of a transmission, which dispenses with a passing axis, but requires much less space. The schematic drawing is designed for several thrust movements that are continuously phase-shifted by 90 'with respect to one another. The push rod 7 is in Fig. 5 a and. 5 b, just at top dead center. It ends in a rectangular guide slide "which slides between the guide rails 8 and 9. The pin io is mounted in the guide slide and firmly connects the two disks ii and 12 to one another. Ii and 12 each correspond to the circle E1 in FIG. 2. The position of the pin io corresponds to the point P1 and furthermore the position of the pins 13 and 14 to the point P, in. From f. 2. The guide slides i 5 and 16 slide between the guide rails 17, 18, i9, 20 and thus ensure the straight line in P #, (Fig.2). The disks ii and 12 are supported by the pins 21 and 22, mounted in the disks 23 and 2, 4 in a tilt-proof manner. The disks 23 and 24 are in turn tilt-proof in the Housing 25, as indicated in the drawing, together with the AGG 2 and AGG 5c, which shows the same section as Fig. 5a after a rotation of 45 ', the operation of the gearbox can be recognized The guide rails 17, 1S, 19, 20 must be interrupted in the middle so that d he can pass freely through the pin. For this reason, there is a certain, most favorable length for the slide 16.

Die konstruktiven Vorteile, welche dieses Getriebe bietet, können unter Umständen den Nachteil des komplizierten Aufbaues aufwiegen.The structural advantages that this transmission offers can possibly outweigh the disadvantage of the complicated structure.

Die Abb.6a und 6b, zeigen ein Beispiel, in welchem die rotierende `Felle 26 aus dem Kreuzungspunkt der hin und. her gehenden. Getriebeteile heraus verschoben ist. Der Exzenter 27 ist fest mit 26 verbunden und in dem Ring 28 drehbar gelagert. Die Schubstange 29 gleitet zwischen den Führungsschienen 3o und 31. Der Zapfen P1 der Kurbel 32 ist am Ende der Kurbel drehbar gelagert. 3-2 ist als doppelte Kurbel ausgebildet. Ihr Zapfen P, ist über den Führungsschieber 33 zwischen den Führungsschienen 34. und 35 geradegeführt. Da P3 die Strecke Pi- P, halbiert, beschreibt P3 -entsprechend der Abb. i eine Kreisbahn. 1'3 wirkt auf den: Ring 2,8. Da die Welle 26 aus der Rotationsachse der Bahn von P3 heraus verschoben ist, wird eine dritte Kurbel 36 erforderlich. Die schematische Darstellung der Abb.6a und 6b berücksichtigt nicht die auftretenden: Kippmomente. Das G-etri.eb@e ermöglicht trotz gedrängter Bauweise die Verwendung einer geraden: Welle 26.Figures 6a and 6b show an example, in which the rotating `skins 26 from the point of intersection of the back and forth. going here. Gear parts is shifted out. The eccentric 27 is firmly connected to 26 and rotatably mounted in the ring 28. The push rod 29 slides between the guide rails 3o and 31. The pin P1 of the crank 32 is rotatably mounted at the end of the crank. 3-2 is designed as a double crank. Your pin P is guided over the guide slide 33 between the guide rails 34 and 35. Since P3 bisects the distance Pi-P, P3 describes a circular path in accordance with Fig. I. 1'3 affects the: Ring 2.8. Since the shaft 26 is displaced out of the axis of rotation of the path of P3, a third crank 36 is required. The schematic representation of Figures 6a and 6b does not take into account the occurring: overturning moments. Despite its compact design, the G-etri.eb@e enables the use of a straight: shaft 26.

Abschließend kann gesagt werden, daß die beschriebenen Schubkurbelausgleichsgetrie:be gegenüber den Pleuelgetrieben günstige Eigenschaften sowie erheblich erweiterte konstruktive Möglichkeiten bieten, "welche nähere praktische Untersuchungen aussichtsreich erscheinen lassen.In conclusion, it can be said that the sliding crank compensation gear described: be compared to the connecting rod gears favorable properties as well as considerably expanded offer constructive possibilities, "which closer practical investigations are promising appear.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for power transmission between and forward and rotating movements, in particular sliding crank gears, characterized by the application of the principle of elliptical and / or hypocycloid @ enerz @ eugung Circular cylindrical elements rolling on a circular ribbon.

2. Set up according to Claim i, characterized in that the straight: e-guided transmission parts (5) and (6) mounted, offset from one another and reversed to the direction of rotation of the shaft (2) rotating shims (d.) Can be used.

3. Slider crank mechanism according to claim i and / or 2, characterized in that the rotating shaft (26) outside the intersection of the directions of movement of the school pole (29) and a guide slide (33) is mounted.

Device according to claim i and / or 2 and 3, characterized in that the shafts (2 or 26) are eccentrically mounted Gear parts (3 or 27) are designed as cranks.

5. Device according to claim i and / or 3 and d., gelsen: n characterized by a power transmission from or to the reciprocating gear parts by separate, in the direction of the axes of rotation Rotating gear parts in suitable bearings.

6. Facility make claim i and / or 2, 3, .4 and 5, in particular piston or slide gear, characterized by one directly at the connection point of the reciprocating gear parts Straight guidance taking place with the rotating gear parts: g.